【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及到光谱测量，尤其是一种基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法及光谱仪。
技术介绍
1、光谱仪在环境监测、生物化学、天文、医疗以及国防安全等领域被广泛应用，但传统的光谱仪面临分辨率与体积、工作带宽、扫描时长等方面的矛盾，不能满足一些特殊场景的需求。
2、窄带滤波光谱仪通过选择性地滤出特定波长的光，并测量其对应强度，以实现光谱测量。该类型光谱仪如果需要提升分辨率，其用到滤光片的数量和成本将大大提高。
3、随着算力的提高及算法研究的成熟，计算重构散斑光谱仪被提出来。该类型光谱仪利用强大的计算分担物理分光元件的工作负荷，能够实现高分辨率的测量同时保持紧凑的体积，是光谱测量工具的重要发展趋势之一。但是，当入射光带宽较大时，由于不同波长的散斑图案在探测器接收面上叠加，会使得散斑图像对比度的下降，造成特征消失、图像匀化，给后续的光谱重构带来困难。换言之，散斑的叠加制约了计算重构光斑光谱仪的工作带宽。
4、在实际应用中，往往需要进行大工作带宽、高分辨率的光谱测量。目前的技术方案通常将宽带光在空间上分散到多个滤波器，使用的滤波器数目制约了其工作带宽。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提出一种基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法及光谱仪。本专利技术通过结合时变窄带滤波技术和散斑计算光谱重构技术，可以在保持高分辨率的同时，大大增加光谱测量带宽。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：>
3、一方面，本专利技术提供一种基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，包括：
4、(1)标定；
5、(1.1)将窄线宽高分辨率的可调谐标定光源连接到时变窄带滤波模块，时变窄带滤波模块后连接一段散射介质用于产生散斑；
6、(1.2)依次设定时变窄带滤波模块的第1个、第2个......第k个窄带滤波带，使可调谐标定光源依次在第i个窄带滤波带内进行高分辨率步进的波长扫描，并在散射介质后记录对应波长相关散斑，构成第i个窄带传输矩阵，i＝1,2,…,k；
7、(2)测量；
8、(2.1)将可调谐标定光源替换为待测光源，待测光源连接到时变窄带滤波模块，时变窄带滤波模块后连接一段散射介质用于产生散斑；
9、(2.2)依次设定时变窄带滤波模块的第1个、第2个......第k个窄带滤波带，使待测光源依次经过第i个窄带滤波带后进入散射介质，并在散射介质后记录对应散斑，构成第i个窄带测量光斑，i＝1,2,…,k；
10、(2.3)根据第i个窄带测量光斑、第i个窄带传输矩阵计算重构第i个窄带待测光谱；
11、(2.4)将k个窄带待测光谱拼接成为宽带重构光谱。
12、进一步地，本专利技术所述步骤(2.3)中，第i个窄带测量光斑、第i个窄带传输矩阵与第i个窄带待测光谱之间存在以下关系式：
13、
14、令式中in(i)表示第i个窄带测量光斑的光强数据；n表示第i个窄带测量光斑的像素点总数；表示第i个窄带测量光斑的第1,2,...,n个像素点的光强数据；tn×m(i)表示第i次时变窄带滤波与散射的传输矩阵；m表示待测光谱的光谱通道数；表示第i个窄带待测光谱内，第m个光谱通道的第n个散斑像素点；n＝1,2,…,n；m＝1,2,…,m；sm(i)表示第i个窄带待测光谱；表示第1,2,...,m个光谱通道的第i个窄带待测光谱；
15、根据上述关系式获得第i个窄带待测光谱。
16、进一步地，本专利技术所述步骤(1.2)中，所述时变窄带滤波模块的滤波波段设置在λ1～λ2区间内，以δλ为分辨率步进的形式，依次设定时变窄带滤波模块的第1个、第2个......第k个窄带滤波带。
17、进一步地，本专利技术所述步骤(1.2)中，可调谐标定光源依次在第1个、第2个......第k个窄带滤波带内以δλ/2的分辨率步进扫描，获得k个窄带传输矩阵。
18、另一方面，本专利技术提供一种用于实现上述基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法的光谱仪，包括可调谐标定光源、时变窄带滤波模块、散射介质以及探测器。
19、标定过程中，可调谐标定光源的输出光纤连接第一保偏光纤的一端，第一保偏光纤的另一端连接时变窄带滤波模块的输入光纤，时变窄带滤波模块的输出光纤连接第二保偏光纤的一端，第二保偏光纤的另一端连接到散射介质，散射介质用于产生散斑，探测器在散射介质后记录散斑。
20、测量过程中，待测光源连接第一保偏光纤的一端，第一保偏光纤的另一端连接时变窄带滤波模块的输入光纤，时变窄带滤波模块的输出光纤连接第二保偏光纤的一端，第二保偏光纤的另一端连接到散射介质，散射介质用于产生散斑，探测器在散射介质后记录散斑。
21、相比现有技术，本专利技术的技术效果：
22、与不复合窄带滤波技术的、纯计算重构光谱仪相比，本专利技术中通过引入时变窄带滤波模块，可以减少单次光谱重构的通道数量，从而缓解因多散斑叠加造成的对比度降低情况，降低光谱重构的失真程度。
23、对于复合了空间窄带滤波技术的计算重构光谱仪，带宽拓展要增加滤波器的数量，从而增加了系统的成本和不稳定度。而本专利技术的带宽拓展能力取决于时变窄带滤波次数k，滤波k次则可以将工作带宽提升k倍。
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1.基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，步骤(2.3)中，第i个窄带测量光斑、第i个窄带传输矩阵与第i个窄带待测光谱之间存在以下关系式：
3.根据权利要求1或2所述的基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，步骤(1.2)中，所述时变窄带滤波模块的滤波波段设置在λ1～λ2区间内，以Δλ为分辨率步进的形式，依次设定时变窄带滤波模块的第1个、第2个......第K个窄带滤波带。
4.根据权利要求3所述的基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，步骤(1.2)中，可调谐标定光源依次在第1个、第2个......第K个窄带滤波带内以δλ/2的分辨率步进扫描，获得K个窄带传输矩阵。
5.根据权利要求1或2或4所述的基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，所述散射介质为磨砂玻璃、纳米颗粒、平面光波导、平面散射体导光结构或者多模光纤。
6.一种用于实现如权利要求1所述基于时变窄
7.根据权利要求6所述的光谱仪，其特征在于，标定过程中，可调谐标定光源的输出光纤连接第一光纤的一端，第一光纤的另一端连接时变窄带滤波模块的输入光纤，时变窄带滤波模块的输出光纤连接第二光纤的一端，第二光纤的另一端连接到散射介质，散射介质用于产生散斑，探测器在散射介质后记录散斑。
8.根据权利要求6所述的光谱仪，其特征在于，测量过程中，待测光源连接第一光纤的一端，第一光纤的另一端连接时变窄带滤波模块的输入光纤，时变窄带滤波模块的输出光纤连接第二光纤的一端，第二光纤的另一端连接到散射介质，散射介质用于产生散斑，探测器在散射介质后记录散斑。
9.根据权利要求6或7或8所述的光谱仪，其特征在于，所述散射介质为磨砂玻璃、纳米颗粒、平面光波导、平面散射体导光结构或者多模光纤。
10.根据权利要求7或8所述的光谱仪，其特征在于，所述第一光纤、第二光纤均为保偏光纤。
...【技术特征摘要】
1.基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，步骤(2.3)中，第i个窄带测量光斑、第i个窄带传输矩阵与第i个窄带待测光谱之间存在以下关系式：
3.根据权利要求1或2所述的基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，步骤(1.2)中，所述时变窄带滤波模块的滤波波段设置在λ1～λ2区间内，以δλ为分辨率步进的形式，依次设定时变窄带滤波模块的第1个、第2个......第k个窄带滤波带。
4.根据权利要求3所述的基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，步骤(1.2)中，可调谐标定光源依次在第1个、第2个......第k个窄带滤波带内以δλ/2的分辨率步进扫描，获得k个窄带传输矩阵。
5.根据权利要求1或2或4所述的基于时变窄带滤波与散斑计算重构的光谱测量方法，其特征在于，所述散射介质为磨砂玻璃、纳米颗粒、平面光波导、平面散射体导光结构或者多模光纤。
6.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：许将明，梁峻锐，李俊，叶俊，柯延钊，何俊鸿，张扬，马小雅，李灿，吴坚，冷进勇，周朴，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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